Introducción

La degradación del suelo provoca, con el tiempo, cambios antagónicos en sus propiedades y procesos; estos pueden ser por la alteración del equilibrio del suelo con el medio ambiente debido a perturbaciones de origen natural o antropogénicas. En condiciones naturales las perturbaciones, por lo general, son de bajo impacto, lo cual permite al suelo adaptarse; sin embargo, algunas de estas perturbaciones naturales pueden ser rápidas y con cambios drásticos. Por otro lado, las actividades antrópicas provocan cambios rápidos, afectando el equilibrio entre el suelo y el medio natural (^{Ramírez et al., 2011}). Los procesos de degradación inician con el deterioro de la estructura del suelo, que pierde la capacidad de transferir y retener agua, y limita el desarrollo radical de las plantas. Dicha degradación se manifiesta con la formación de costras superficiales, compactación, drenaje insuficiente, aumento de la escorrentía y erosión hídrica o eólica (^{Jiménez, 2001}). La erosión hídrica es el proceso mediante el cual se genera el desprendimiento, transporte y depósito de las partículas de suelo por acción de la energía cinética de la lluvia, escorrentía en movimiento y gravedad (^{Cisneros et al., 2012}).

Se ha establecido el término tasa tolerable de pérdida de suelo (T2), cuya definición resulta compleja; con el paso del tiempo esta ha pasado por enfoques soportados en la fertilidad del suelo, en su profundidad o en consideraciones económicas. Sin embargo, en términos generales se toma la definición dada por ^{Wischmeier (1976)} que definió la T2 como el “máximo nivel de erosión del suelo que permite un elevado nivel de productividad del cultivo, sostenible económicamente e indefinidamente”. La tasa tolerable de pérdida de suelo se acepta en 11.0 t ha-1 año-1, por la proximidad de este valor a la tasa máxima de desarrollo del horizonte bajo condiciones óptimas (^{Peláez, 2003}).

La medición de la pérdida de suelo se puede realizar por métodos directos o indirectos. Los métodos directos consisten en la instalación de unidades experimentales en campo de área conocida, donde se mide el volumen de escorrentía y la masa de sedimentos. Los métodos indirectos son sistemas de modelación que se basan en principios matemáticos o en el uso de softwares modernos. Entre los modelos matemáticos más utilizados se encuentra la Ecuación Universal de Pérdida de Suelo (USLE, por sus siglas en inglés) desarrollada por ^{Wischmeier (1976)}; esta es un diseño estadístico de regresión múltiple que tiene como variables independientes las precipitaciones, al suelo, la pendiente, la cobertura vegetal y las prácticas de manejo. Este fue desarrollado para predecir el movimiento del suelo en pendientes específicas, bajo condiciones y usos de suelo específicos, orientar la selección de prácticas de conservación y determinar el largo máximo de pendiente tolerable para un sistema de cultivo determinado.

A partir del modelo USLE, el departamento de agricultura de los Estados Unidos (USDA, por sus siglas en inglés), con la cooperación de investigadores universitarios, desarrollaron un nuevo modelo RUSLE (USLE revisado); este mantiene los seis valores originales requeridos, y emplea nuevas relaciones para estimar los valores de los componentes. Requiere de tres bases de datos: datos climáticos, datos de cultivo y datos de operaciones de campo; en muchos casos los usuarios deben completar o modificar las bases de datos (^{Renard y Ferreira, 1993}).

El modelo RUSLE requiere de una serie de subfactores para calcular algunos de sus componentes: un ejemplo es el factor C, que requiere de cinco subfactores para sus cálculos. Estos datos están establecidos en bases de datos que fueron desarrolladas a partir de información proveniente de las condiciones específicas de los Estados Unidos.

Según ^{Ramírez et al. (2023)}, en la última década (2012-2022) se han publicado 56 trabajos relacionados con la escorrentía superficial y erosión, de los cuales 19.6 % (11) son procedentes de Argentina, 14.3 % (8) de la India y el 7.1 % (4) de Estados Unidos. Sin embargo, los estudios relacionados con la escorrentía o la pérdida de suelo son escasos en Panamá; la información más reciente sobre la superficie de suelo afectada por erosión fue publicada hace 36 años y afirmaba que en Panamá existían 2 018 000 hectáreas afectadas en algún nivel por erosión (^{Morales, 2017}).

Por otro lado, la subcuenca del río Estibaná se encuentra ubicada en la península de Azuero, la cual está enmarcada en la zona de interés conocida como “Arco Seco”. Esta zona comparte condiciones climáticas, edáficas y de manejo similares. Las evaluaciones de pérdida de suelo son escasas a nivel nacional y en la zona de estudio no se reporta ninguna evaluación en el tema.

De tal manera, el objetivo de esta investigación fue determinar la pérdida de suelo por erosión hídrica en la subcuenca del río Estibaná mediante la implementación de la Ecuación Universal de Pérdida de Suelo.

Materiales y métodos

Localización

El ensayo se realizó en la subcuenca río Estibaná ubicado en la península de Azuero, provincia de Los Santos, Panamá, durante la época lluviosa de 2020 y 2021 (Figura 1). Esta es una zona intervenida por fuentes antrópicas, y las actividades principales son las explotaciones agropecuarias, que presentan una tasa elevada de deforestación, lo que la hace susceptible al efecto erosivo de las precipitaciones. La subcuenca tiene un área de 197.0 km2 en la zona central de la península de Azuero (ANAM, 2013). Los suelos dentro de la subcuenca pertenecen al orden Inceptisol, formados por depósitos fluviales y suelos residuales (IDIAP, 2010). Los suelos evaluados dentro de la subcuenca, según el análisis de textura, están clasificados como suelos franco-arcillosos, lo que los hace suelos con una infiltración de media-baja, retención de agua de media-alta y una susceptibilidad a la erosión de media-alta.

Figura 1 Ubicación de la subcuenca río Estibaná con respecto a la República de Panamá. En rojo estación 128-017 y en amarillo parcelas de campo (^{IDIAP, 2023}). 

Las localidades de estudio fueron El Cedro (7°47’19.0” N - 80°31’36.9” O) con una pendiente de 10 % y elevación de 134 m s.n.m.; Los Rastrojos (7°42’16.7” N - 80°30’19.2” O) con pendiente de 4.4 % y elevación de 112 m s.n.m.; y Macaracas (7°42’59.9” N - 80°33’15.6” O) que tiene una pendiente de 2.5 % y una elevación de 118 m s.n.m. (Figura 1).

Código de estructura del suelo

Su determinación se efectuó mediante la observación y el tacto, asignando valores de 1-4. En la Tabla 1 se presentan las categorías y códigos empleados de acuerdo con la USLE.

Tabla 1 Códigos de estructura y permeabilidad del suelo para USLE (^{Jaramillo-Véliz, 2021}) 

Factor de cobertura vegetal (C)

Es un factor constante para cultivos permanentes y variable para cultivos de ciclo anual. Este se puede determinar mediante las tablas desarrolladas por ^{Wischmeier y Smith (1978)}; dichas tablas han sido enriquecidas por autores posteriores como ^{Mitchell y Burbenzer (1984)}. La Tabla 2 presenta los valores de C según el tipo de cultivo y de cobertura del terreno para cultivos permanentes y anuales. Para determinar el valor de la cobertura vegetal se evaluó la cobertura y se establecieron parámetros como: estado general de la cobertura, altura y porcentaje de cobertura.

Tabla 2 Índices del factor C para la cobertura vegetal en relación con las prácticas agrícolas utilizadas 

Fuente: ^{Mitchell y Burbenzer (1984}).

Los valores de cobertura vegetal del terreno se dan en un rango de 0-1; si el valor se encuentra próximo a 1, significa que el suelo carece de cobertura, y si está próximo a 0, representa la presencia de una buena cobertura del suelo.

Factor de prácticas de conservación (P):

Expresa el efecto de las prácticas de conservación de suelos que tienden a modificar la topografía, tales como: curvas a nivel, cultivos en fajas o terrazas. ^{Wischmeier y Smith (1978)} determinaron los valores más comunes de P, basados en la práctica de conservación y la pendiente. También Núñez (2001) presentó la actualización de valores P realizada por ^{Mitchell y Burbenzer (1984)}.

Para poder determinar el valor de P es necesario conocer el porcentaje de pendiente del suelo en estudio, de igual forma se debe establecer el tipo de práctica de conservación presente. La Tabla 3 muestra los valores de P para diferentes prácticas de conservación y grado de pendiente; entre más cercano el valor a 0, más eficiente es la práctica de conservación. Dichos valores se aproximaron para obtener un valor más exacto, ya que estaban establecidos para un rango de pendiente.

Tabla 3 Índices utilizados para el factor P, prácticas de conservación de suelo 

Fuente: ^{Mitchell y Burbenzer (1984}).

Resultados y discusión

La evaluación de los datos climáticos generados por la estación 128-017 para el periodo 2010-2020 arrojaron un promedio anual de precipitación de 1306.40 mm, los cuales presentaron una distribución irregular a lo largo de año. En la Figura 2 se muestra la precipitación promedio mensual y el valor calculado del factor R.

Figura 2 Distribución de las precipitaciones mensuales promedio estación 128-017 (^{ETESA, 2021}) y valor promedio mensual del Factor R para el periodo comprendido desde 2010 hasta 2020. 

Se observó que las lluvias se concentraron entre los meses de abril a diciembre, cuando precipitó 99.8 % de ellas; agosto y noviembre corresponden a los meses de mayores precipitaciones.

El factor R no mostró total correspondencia con el volumen de precipitaciones, tal como se encontró para los meses de julio, agosto y octubre. Esto pudiera ser una razón por la que en el cálculo del factor solo se consideran la intensidad y la energía cinética de las lluvias.

La Tabla 4 muestra los valores del factor R para cada año evaluado (2010 - 2020). El valor promedio del factor para el periodo estudiado fue de 202.23 MJ mm ha-1 h-1.

La erodabilidad del suelo (factor K) se considera como el más importante para la modelación de la pérdida de suelo. En la Tabla 5 se presentan el contenido de materia orgánica, el análisis de textura y los valores del factor K para la subcuenca río Estibaná.

Tabla 4 Valor calculado del factor R para una data de 11 años (2010 - 2020) de la estación 128-017 ubicada en la ciudad de Macaracas, Los Santos, Panamá 

Tabla 5 Factor K (t ha h ha^-1 MJ^-1 mm^-1) calculado a partir de la ecuación con datos obtenidos a partir de muestras de suelo provenientes de las localidades en estudios dentro de la subcuenca río Estibaná 

Los suelos evaluados presentaron una textura franco-arcillosa con un contenido de materia orgánica (MO) de medio a bajo. La MO en el suelo es un factor clave debido a su capacidad de mejorar la estructura del suelo y la permeabilidad. De tal manera que, si el valor de K tendiente a 0 indica que el suelo presenta baja susceptibilidad a la erodabilidad. En esta investigación los suelos dentro de la subcuenca presentaron valores estimados para el factor K entre 0.152 - 0.421 t ha h ha-1 MJ-1 mm-1.

Por su parte, en la Tabla 6 se presentan los valores del factor topográfico (LS). Los resultados indicaron que en la medida en que la pendiente resultó menor, mayor fue el efecto atenuante sobre la masa de suelo erosionable, debido a que este factor es determinante en la velocidad y capacidad disgregadora de la escorrentía, así como en el transporte del suelo erosionado.

Tabla 6 Valor del factor LS calculado a partir de datos obtenidos de campo 

l: longitud de la pendiente, m: factor según pendiente, s: pendiente.

Los factores de cobertura (C) y prácticas de conservación (P) se evalúan directamente en campo. La Tabla 2 muestra los valores establecidos para diferentes tipos de cobertura. Para SC el valor C fue de 1.0, lo que indicó la ausencia de atenuante para la pérdida de suelo generada por la lluvia; por otro lado, para CN el valor fue de 0.01, lo cual representó un fuerte atenuante para la erosión hídrica.

Los valores calculados del factor P (Tabla 3) para las pendientes evaluadas oscilaron entre 0.25- 1.00; entre más cercano el valor de P a 1.0, menor fue el efecto de las prácticas de conservación sobre la pérdida de suelo.

Ahora bien, en la Tabla 7 se resumen los valores calculados en cada factor necesario para el modelo USLE, para cada tratamiento evaluado y cada pendiente; también presenta el valor de salida del modelo en t ha-1 año-1.

Tabla 7 Valor estimado del modelo USLE para pérdida de suelo (t ha^-1 año^-1) en las pendientes predominantes en la subcuenca río Estibaná, Los Santos Panamá. 

CN: cobertura natural, SC+BV: sin cobertura + barrera viva, SC: sin cobertura, R: erosividad de la lluvia, K: erodabilidad del suelo, LS: factor topográfico, C: cobertura del suelo, P: prácticas de conservación, A: pérdida de suelo.

El factor topográfico (LS), el factor de cobertura (C) y el factor de prácticas de conservación (P) tuvieron alta influencia en la mitigación del efecto de la erosividad de la lluvia sobre el suelo.

Las estimaciones de pérdida de suelo para la subcuenca río Estibaná resultaron 51.4 % menores de los valores máximos informados por Zúñiga (2017) para la cuenca aportante del embalse Aguada Blanca - Arequipa, que ascendieron a 145.50 t ha-1 año-1. Por otro lado, ^{Santillán (2023)} reportó que en la microcuenca del río Muchacho, en Ecuador, la pérdida de suelo ascendió a 74.4 t ha-1 año-1. Mientras que ^{Pérez et al. (2000)} informaron que en suelos del orden Inceptisol en la zona andina en Venezuela la erosión fue de 69.8 t ha-1 año-1, lo que quiere decir que estos suelos son similares a los presentes en la subcuenca río Estibaná.

En Panamá el trabajo realizado por ^{Mejía-Gutiérrez (2018)} reportó que en suelos Ultisoles desnudos de la provincia de Panamá Oeste, la pérdida de suelo fue de 200.08 t ha-1 año-1mientras que la erosión en suelos Inceptisoles de la subcuenca fue 64.7 % menor. Los suelos Inceptisoles presentan variación con respecto a los suelos Ultisoles, sin embargo, la falta de investigaciones realizadas en Panamá sobre erosión en suelos Inceptisoles motiva el uso de referencias con otros órdenes de suelo.

En la Tabla 8 se detallan los rangos de tasas de erosión para suelos tropicales (^{Santillán, 2023}). Según esta clasificación los suelos que tenían una cobertura natural (CN) en buenas condiciones presentaron valores de pérdida de suelos clasificados como muy bajos (0.0-5.0 t ha-1 año-1), sin que el porcentaje de pendiente del terreno fuese relevante.

Tabla 8 Rangos de tasas de erosión para zonas tropicales, donde el valor de pérdida de suelo tolerable está por debajo de 10 t ha^-1 año^-1 (^{Santillán, 2023}) 

Cuando se evaluó un tratamiento sin coberturas más uso de barrera viva (SC+BV) en las localidades de Macaracas y Los Rastrojos se determinó que la pérdida seguía clasificándose como muy baja, ya que los valores reportados no superaron los 5.0 t ha-1 año-1, sin embargo, para pendientes mayores del 6 % se determinó que la pérdida de suelo fue de 21.20 t ha-1 año-1, lo que coloca a estos suelos en la categoría de erosión moderada (10.0-25.0 t ha-1 año-1) con procesos erosivos leves.

El uso de labores agropecuarias que implican la total eliminación de la cobertura vegetal del suelo es una práctica ampliamente empleada en la subcuenca río Estibaná, ya sea para el control de malezas en terrenos de pastoreo o para la limpieza del barbecho previo a la siembra. Bajo condiciones de sin coberturas (SC) se determinó que para pendientes entre 0-3 % la pérdida de suelo fue de 5.72 t ha-1 año-1, lo cual es clasificado como erosión baja; en cuanto a pendientes entre 3-6 %, se estableció que la pérdida de suelo fue de 10.54 t ha-1 año-1, con una erosión moderada. Para las pendientes >6 %, se determinó que la pérdida de suelo fue de 70.67 t ha-1 año-1, por lo cual son clasificadas como zonas de erosión alta con procesos erosivos graves.

Conclusiones

Los valores de pérdida de suelo estimados por el modelo USLE mostraron que en la subcuenca río Estibaná, bajo las condiciones evaluadas, la erosión hídrica es un proceso de degradación de mucha relevancia en el desarrollo de futuros planes de manejo. Basándose en los valores estimados de pérdida de suelo y en la tasa tolerable, se observó que suelos con pendientes <6 % no presentan riesgo de erosión que afecte la sostenibilidad y la productividad de los cultivos. La cobertura de suelo es de mucha importancia para mitigar los efectos erosivos de la lluvia; los resultados de esta investigación demostraron que la práctica de eliminar la cobertura vegetal del terreno tiene efectos graves sobre el medio edáfico. Es necesario el desarrollo de planes de manejo y capacitaciones orientadas a concientizar a la población de la subcuenca río Estibaná en el adecuado manejo del suelo, en miras a mantener productividad y mejorar la sostenibilidad.